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(1.中南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410072；2.長(zhǎng)沙上策文化傳播有限公司，湖南長(zhǎng)沙，410010)

引言

基于通用軟硬件的立體視音頻及VR/AR/MR基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課件制作系統(tǒng)搭建完成[1]，更重要的工作，運(yùn)用系統(tǒng)制作教學(xué)的內(nèi)容。在生產(chǎn)過(guò)程中，自主研發(fā)了很多流程和技巧，把它們按功能目標(biāo)分解為不同篇章分享給大家。

雖然目前基于計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具很先進(jìn)了，例如著名的Complete Anatomy，但某些真實(shí)標(biāo)本用立體實(shí)拍方式獲取影像仍然具有不可比擬的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，例如用本系統(tǒng)制作的真實(shí)人類(lèi)顱骨標(biāo)本顱底結(jié)構(gòu)介紹的立體短片，可以清楚地看到人類(lèi)顱骨雖然有共性，但不同個(gè)體的特征對(duì)臨床診治仍有參考價(jià)值。

1 準(zhǔn)備

準(zhǔn)備好實(shí)拍樣本、工具器械等，打開(kāi)系統(tǒng)電源，選擇要進(jìn)入的操作系統(tǒng)，如果不選擇，一段時(shí)間后默認(rèn)進(jìn)入WIN10教育版。然后在前方主顯示器中間上方位置打開(kāi)本次拍攝任務(wù)的文字腳本之類(lèi)，并縮放到合適的窗口大小。把三只攝像頭粗調(diào)到大致?tīng)顟B(tài)。本篇要完成的功能實(shí)現(xiàn)思路是：實(shí)驗(yàn)樣本及其對(duì)它的操作才是最重要的視覺(jué)信息，用朝下的雙攝像頭拍攝成左右立體格式。出鏡教師只用朝向操作臺(tái)合適角度的一個(gè)攝像頭拍攝非立體影像(本篇不深入探討)。

圖01：攝像頭粗調(diào)

2 啟動(dòng)OBS軟件并設(shè)置調(diào)參

桌面雙擊OBS圖標(biāo)，打開(kāi)軟件，把界面調(diào)整到合適大小，如果OBS場(chǎng)景和參數(shù)設(shè)置不符合本次任務(wù)要求，請(qǐng)自行修改或在菜單欄“場(chǎng)景集合”和“配置文件”菜單里導(dǎo)入以前保存好的設(shè)置，參見(jiàn)各種設(shè)置截圖。(未經(jīng)特殊說(shuō)明，視窗系統(tǒng)和深度系統(tǒng)的參數(shù)相同)

圖02：OBS軟件全局與預(yù)覽面板

圖04：場(chǎng)景窗口

圖05：來(lái)源面板

圖06：混音器面板

圖07：場(chǎng)景過(guò)渡面板

圖08：控件面板

圖09：高級(jí)音頻屬性面板

此場(chǎng)景的思路是：雙攝像頭立體組拍攝的影像，用OBS安排成左右立體格式。朝向桌面拍攝的左邊攝像頭畫(huà)面先簡(jiǎn)單鼠標(biāo)拖放安排在OBS整個(gè)畫(huà)布(canvas)的左下四分之一區(qū)域，右邊攝像頭畫(huà)面安排在右下四分之一區(qū)域；教師只用一個(gè)攝像頭拍攝平面影像，但也復(fù)制安排在畫(huà)布上方左右區(qū)域當(dāng)作左右偽立體格式(關(guān)于教師拍攝的流程和技巧我們另一篇詳述)。關(guān)于場(chǎng)景面板、來(lái)源面板使用方法讀者可自行查閱OBS幫助文件[2]。

在菜單欄或者混音器面板打開(kāi)高級(jí)音頻屬性面板，這里的狀態(tài)也不是軟件默認(rèn)的，從路由設(shè)置可以看出，所有音源都發(fā)送到輸出音軌1；然后聲卡總輸出(臺(tái)式音響)送到了音軌2；三只攝像頭麥克風(fēng)分別送到了音軌3，4，5；三只攝像頭麥克風(fēng)混合信號(hào)送到了音軌6。

在菜單欄或者控件面板打開(kāi)設(shè)置面板。

圖10：OBS通用設(shè)置 此截圖是軟件默認(rèn)值 用戶(hù)使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要修改

圖11：OBS流直播設(shè)置 此截圖是軟件默認(rèn)值 用戶(hù)使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要填寫(xiě)

圖12：OBS輸出設(shè)置 流媒體直播高級(jí)參數(shù)

此頁(yè)非默認(rèn)參數(shù)，該設(shè)置啟用了核芯顯卡intel QSV(QuickSyncVideo)H264硬件編碼，極大減輕了CPU運(yùn)算壓力，為了保障畫(huà)質(zhì)，此處碼率很高，視頻達(dá)到了16384 Kbps，適合內(nèi)網(wǎng)使用，如果在公網(wǎng)直播，為兼顧網(wǎng)速不夠的觀眾，碼率可以減半為8192Kbps，甚至更低到4096 Kbps。但深度系統(tǒng)目前不支持INTEL QSV硬件編碼，可以用X264開(kāi)源軟件編碼，同樣可以用CBR，碼率和前面說(shuō)的一致。直播流只用音軌1，根據(jù)前面高級(jí)音頻屬性設(shè)置可知，音軌1是所有聲音混合的結(jié)果。

圖13：OBS錄像輸出設(shè)置高級(jí)參數(shù)

此頁(yè)非默認(rèn)參數(shù)，把錄像路徑設(shè)置到本系列文章第一篇中說(shuō)到的機(jī)械硬盤(pán)的高速分區(qū)，為了錄像的穩(wěn)定性，采用了OBS官方推薦的開(kāi)源MKV封裝格式，而且音軌最多設(shè)置了6路，分別對(duì)應(yīng)每個(gè)攝像頭麥克風(fēng)，以及電腦聲卡輸入和電腦發(fā)出的聲音，編碼器這里共用了流編碼器可以減輕編碼壓力，也可以另外設(shè)置參數(shù)用單獨(dú)的編碼器。錄像的記錄音軌6路都勾選了，可以得到各種分軌音頻，方便后期做精細(xì)制作。

圖14：OBS音頻輸出設(shè)置高級(jí)參數(shù)

為得到比較好的直播和錄像音頻效果，把碼率設(shè)置到比較高的256kbps，最高可以到320Kbps，如果要求不高，也可以設(shè)置低點(diǎn)，但最好不低于128kbps。

圖15：OBS回放緩存設(shè)置高級(jí)參數(shù)

如果直播時(shí)需要回放前期記錄的精彩片段并設(shè)置了快捷鍵，可以在這里設(shè)置設(shè)置最大回放時(shí)間。

圖16：OBS音頻信號(hào)源設(shè)置高級(jí)參數(shù)

在這頁(yè)選項(xiàng)卡，把音頻路由設(shè)置好備用，和后面的高級(jí)音頻屬性配合使用。

圖17：OBS視頻設(shè)置參數(shù)

這頁(yè)選項(xiàng)卡，因?yàn)槊柯窋z像頭采用的是1920x1080像素，采用的又是左右格式的立體畫(huà)面，所以可以把基礎(chǔ)和輸出分辨率設(shè)置成3840X2160，如果為了配合網(wǎng)絡(luò)帶寬輸出有像素縮放，建議用銳度更好運(yùn)算速度也較快的開(kāi)源lanczos 32樣本采樣算法[2][3](對(duì)CPU運(yùn)算壓力還是很大)，幀率設(shè)置為和攝像頭最高保持一致。

圖18：OBS熱鍵設(shè)置

在這頁(yè)選項(xiàng)卡，用戶(hù)可根據(jù)需要激活填空位置然后設(shè)置熱鍵在直播或錄播時(shí)快捷控制軟件，提高工作效率。

圖19：OBS視頻設(shè)置參數(shù)

根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)優(yōu)化參數(shù)，用戶(hù)可以實(shí)時(shí)修改參數(shù)，涉及到的視頻有關(guān)知識(shí)用戶(hù)可以查找資料。

OBS設(shè)置好后，一般來(lái)說(shuō)點(diǎn)應(yīng)用就立刻生效，但音頻選項(xiàng)卡的取樣頻率參數(shù)如果有變化，要重啟OBS軟件才能生效，全部設(shè)置好后，點(diǎn)擊確定使參數(shù)生效并關(guān)閉設(shè)置窗口。

3 攝像頭內(nèi)部參數(shù)設(shè)置

調(diào)整照明LED，先目測(cè)得到常用的較均勻的燈光，然后在OBS里打開(kāi)視頻捕獲設(shè)備屬性以及攝像頭參數(shù)設(shè)置，把視頻和照相機(jī)控制參數(shù)優(yōu)化，參見(jiàn)OBS參數(shù)設(shè)置截圖：

此參數(shù)，是根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)優(yōu)化過(guò)的參數(shù)。重點(diǎn)：攝像頭分辨率調(diào)到最高1920x1080，YUV顏色空間用709，顏色范圍用全部(每色彩分量量化為0～255，充分利用8bit視頻全部取值范圍)。

優(yōu)化此參數(shù)重點(diǎn)：關(guān)閉自動(dòng)白平衡改手動(dòng)5600K(LED光源色溫)；電力線頻率改成中國(guó)的50Hz(防止光源可能造成的閃爍)；

圖22：攝像頭照相機(jī)控制參數(shù)設(shè)置

優(yōu)化參數(shù)重點(diǎn)：關(guān)閉自動(dòng)曝光，手動(dòng)調(diào)節(jié)到合適數(shù)值(畫(huà)面中白紙之類(lèi)高反射率物體不會(huì)過(guò)曝)；關(guān)閉自動(dòng)焦點(diǎn)，手動(dòng)調(diào)整到需要的位置(鏡頭下方20cm左右)；

雖然微軟的這款攝像頭產(chǎn)品一致性還不錯(cuò)的，但兩只攝像頭內(nèi)部安裝工藝也有一定的離散型，焦點(diǎn)、曝光等數(shù)值并不一定完全相同，用戶(hù)需要細(xì)心檢驗(yàn)調(diào)整到最佳。另外，某些顏色微弱差異后期還可以精確匹配校正。

4 手動(dòng)調(diào)節(jié)立體攝像頭物理參數(shù)

圖23：用魔術(shù)貼捆綁實(shí)現(xiàn)的低成本立體攝像頭調(diào)整方案

眾所周知，雙攝像頭組成的立體拍攝系統(tǒng)有幾個(gè)重要參數(shù)，鏡頭光軸距(對(duì)應(yīng)人眼瞳距)、鏡頭光軸夾角(對(duì)應(yīng)人眼眼球中軸夾角)、傳感器水平精度(對(duì)應(yīng)人眼-大腦整合后兩眼大腦中頭像水平吻合的精度)、兩鏡頭光學(xué)系統(tǒng)成像一致性和畸變(對(duì)應(yīng)人眼光學(xué)系統(tǒng)類(lèi)似缺陷)等等；雙攝像頭立體影像拍攝到重放全過(guò)程，其實(shí)和人眼-大腦看真實(shí)物體還是有很多區(qū)別，觀眾在觀看時(shí)大腦控制眼球各種肌肉狀態(tài)和看真實(shí)物體時(shí)不一樣，會(huì)產(chǎn)生某些不適應(yīng)，如果拍攝和后期制作時(shí)達(dá)不到一定精度，這種不適應(yīng)更加明顯，嚴(yán)重時(shí)觀眾會(huì)頭暈?zāi)X脹，甚至產(chǎn)生嘔吐感。為了要盡量提高立體實(shí)拍內(nèi)容的觀看體驗(yàn)，首先要從提高立體攝像頭組件的精度做起。為了便于精確觀察調(diào)參，在OBS中把左右格式拍攝預(yù)覽畫(huà)面全屏發(fā)送到右邊4K大屏監(jiān)視器，用手調(diào)節(jié)立體攝像頭組件，同時(shí)裸眼觀察兩攝像頭獨(dú)立畫(huà)面決定調(diào)整趨勢(shì)，然后用立體觀屏鏡觀察左右重合后立體成像效果和舒適程度校驗(yàn)調(diào)整是否基本到位，這些調(diào)整很需要經(jīng)驗(yàn)。[4][5]

圖24：調(diào)整攝像頭立體參數(shù)時(shí)雙顯示器推薦的顯示狀態(tài)

已有報(bào)道，攝像頭光軸距越小，越有利于需要的微距拍攝，在設(shè)計(jì)中，采用有一定彈性的魔術(shù)貼粘合兩只緊貼的微軟夢(mèng)劇場(chǎng)精英版攝像頭[6]，最小能把兩攝像頭的中軸間距縮小到40mm左右，約等于普通人看近距離物體瞳距60mm的2/3；鏡頭中軸內(nèi)夾角根據(jù)經(jīng)驗(yàn)不需要很大，可以非常小接近0；最難精確調(diào)整的就是兩個(gè)攝像頭畫(huà)面的水平一致性，這個(gè)參數(shù)對(duì)觀眾的舒適度影響很大，雖然我們?cè)诤笃谶€可以精確校正，但會(huì)造成畫(huà)面裁切損失，所以應(yīng)該在拍攝時(shí)盡量調(diào)整到位。

5 總結(jié)

本系統(tǒng)立體攝像頭實(shí)拍過(guò)程中各種參數(shù)調(diào)節(jié)基本介紹完畢，在這個(gè)環(huán)節(jié)，盡量得到合格的立體素材，但這些素材幾乎不可能完美，觀眾長(zhǎng)時(shí)間觀看這些素材，往往還不是很舒服(當(dāng)然，未來(lái)一體化的立體高像素高畫(huà)質(zhì)拍攝手機(jī)的出現(xiàn)或許能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)拍攝時(shí)更少?gòu)?fù)雜的調(diào)試)，為了得到更好的觀看體驗(yàn)，后期制作的時(shí)候進(jìn)一步校正也是必須的，我們將繼續(xù)撰文說(shuō)明怎樣使用有關(guān)軟件人工或自動(dòng)化方法后期校正立體實(shí)拍素材。